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DE102004008967B3 - Solar panel heat collector has outer water passages discharging through a separate collector - Google Patents

Solar panel heat collector has outer water passages discharging through a separate collector Download PDF

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DE102004008967B3
DE102004008967B3 DE102004008967A DE102004008967A DE102004008967B3 DE 102004008967 B3 DE102004008967 B3 DE 102004008967B3 DE 102004008967 A DE102004008967 A DE 102004008967A DE 102004008967 A DE102004008967 A DE 102004008967A DE 102004008967 B3 DE102004008967 B3 DE 102004008967B3
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Sonnenkollektor mit parallel verlaufenden Kanälen (1, 1', 1'') in der Absorberfläche, welche mit Sammelleitungen (2, 3) für die Zu- und Ableitung eines Wärmeträgermediums im gegenüberliegenden, unteren und oberen Bereich der Absorberfläche verbunden sind. DOLLAR A Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, den Wirkungsgrad eines Sonnenkollektors insbesondere über die Durchströmung zu optimieren und die Temperatur im Randbereich zu verringern. DOLLAR A Gekennzeichnet ist der Sonnenkollektor dadurch, dass mindestens die beiden im Randbereich der Absorberfläche verlaufenden Kanäle (1', 1'') direkt an die Sammelleitungen (2, 3) angeschlossen sind und dass die übrigen Kanäle (1) im mittleren Bereich der Absorberfläche in einen Sammelkanal (4) münden und/oder von einem Sammelkanal ausgehen, welcher mit den Sammelleitungen (2, 3) für die Zu- und Ableitung eines Wärmeträgermediums in Verbindung steht.The invention relates to a solar collector with parallel channels (1, 1 ', 1' ') in the absorber surface, which are connected to manifolds (2, 3) for the supply and discharge of a heat transfer medium in the opposite, lower and upper region of the absorber surface , DOLLAR A The invention is based on the object to optimize the efficiency of a solar collector in particular on the flow and to reduce the temperature in the edge region. DOLLAR A The solar collector is characterized in that at least the two extending in the edge region of the absorber surface channels (1 ', 1' ') directly to the manifolds (2, 3) are connected and that the remaining channels (1) in the central region of the absorber surface in a collecting channel (4) open and / or emanating from a collecting channel, which is in communication with the manifolds (2, 3) for the supply and discharge of a heat transfer medium.

Description

Die Erfindung betrifft einen Sonnenkollektor nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The The invention relates to a solar collector according to the preamble of Claim 1.

Eine Solaranlage besteht aus mindestens einem Sonnenkollektor, einem Wärmespeicher und einem Wärmeträgerkreislauf. Beispielsweise zeigt die DE 195 36 851 C2 einen Sonnenkollektor rechteckiger Bauart, der im unteren Teil zwei gegenüberliegende Anschlüsse für die Zuleitung und im oberen Teil zwei gegenüberliegende Anschlüsse für die Ableitung aufweist. Das flüssige oder gasförmige Wärmeträgermedium wird über eine Verteilerleitung im Inneren des Sonnenkollektors den einzelnen, vorzugsweise parallel verlaufenden Kanälen einer Absorberfläche zugeführt. Dabei handelt es sich entweder um eine Rohrharfe oder um flache, großflächige Kanäle. Über eine Sammelleitung wird dann das erhitzte Wärmeträgermedium an der gegenüberliegenden Seite abgeleitet.A solar system consists of at least one solar collector, a heat storage and a heat transfer circuit. For example, the shows DE 195 36 851 C2 a rectangular solar panel having in the lower part two opposite connections for the supply line and in the upper part two opposite connections for the derivative. The liquid or gaseous heat transfer medium is fed via a distribution line in the interior of the solar collector to the individual, preferably parallel channels of an absorber surface. These are either a pipe harp or flat, large-scale channels. About a manifold then the heated heat transfer medium is derived on the opposite side.

In der Praxis werden häufig mehrere Sonnenkollektoren als Kollektorfeld parallel geschaltet. Um dabei einen optimalen Wirkungsgrad der Sonnenkollektoren mit möglichst homogener Durchströmung zu erzielen, empfiehlt sich die so genannte Tichelmann-Verrohrung. Hierbei sind die Zu- und Ableitungen zu den einzelnen Sonnenkollektoren jeweils gleich lang, so dass sich die Fließwiderstände bzw. Druckverluste über das gesamte Kollektorfeld gleichmäßig verteilen. Bereits geringfügige Abweichungen des Druckverlustes in parallelen Rohrstrecken würden zu einer inhomogenen Strömungsverteilung führen.In the practice become common several solar panels connected in parallel as a collector field. Around while an optimal efficiency of the solar panels with as possible homogeneous flow To achieve, the so-called Tichelmann piping is recommended. Here, the supply and discharge lines to the individual solar panels each of the same length, so that the flow resistance or pressure losses on the Distribute the entire collector field evenly. Already minor Deviations of the pressure loss in parallel pipe sections would be too an inhomogeneous flow distribution to lead.

Die DE 100 62 481 A1 zeigt einen Sonnenkollektor mit einem so genannten Flächenabsorber und einer optimierten Durchströmung eines Kollektorfeldes. Dies wird dadurch erreicht, dass jeder Sonnenkollektor gleichmäßig durchströmt wird, indem der Strömungswiderstand durch die Gestaltung der Übergänge zwischen den Sammelleitungen für die Zu- und Ableitung eines Wärmeträgermediums im gegenüberliegenden, unteren und oberen Bereich der Absorberfläche eingestellt wird. Alle Kanäle sind dabei direkt mit den Sammelleitungen verbunden.The DE 100 62 481 A1 shows a solar collector with a so-called area absorber and an optimized flow through a collector array. This is achieved by flowing through each solar collector uniformly, by adjusting the flow resistance through the design of the transitions between the manifolds for the supply and discharge of a heat transfer medium in the opposite, lower and upper region of the absorber surface. All channels are connected directly to the manifolds.

Nachteilig ist bei bekannten Sonnenkollektoren mit hohem Wirkungsgrad, dass entsprechend hohe Temperaturen in den Randbereichen vorzufinden sind. Diese Randverluste haben einen erheblichen Anteil am Gesamtwärmeverlust und damit am Wirkungsgrad eines Sonnenkollektors. Außerdem können die Temperaturen in den Randbereichen Werte erreichen, welche die verwendeten Materialien, beispielsweise Nichtmetalle für die Kollektoreinfassung, möglicherweise ungünstig beanspruchen.adversely is known with high efficiency solar panels that to find correspondingly high temperatures in the peripheral areas are. These marginal losses have a significant share of the total heat loss and thus the efficiency of a solar collector. In addition, the Temperatures in the peripheral areas reach values that the used Materials, such as non-metals for the collector enclosure, possibly unfavorable claim.

Aus der JP 57 077 853 AA ist ein Sonnenkollektor mit parallel verlaufenden Kanälen bekannt, welcher mit einer Zu- und Ableitung auf einer Seite versehen ist. Die Zuleitung erfolgt über den jeweils äußeren Kanal auf beiden Seiten. Nach einer Umkehrung mit Verteilung auf mehrere parallele Kanäle in der jeweiligen Kollektorhälfte strömt das Wärmeträgermedium im Gegenstrom wieder zurück. Aus allen Kanälen in beiden Kollektorhälften wird die Strömung dabei in einer einzigen, mittig angebrachten Ableitung zusammengeführt. Somit ist die Zuleitung, nämlich die beiden äußeren Kanäle, in Reihe mit den Kanälen im Zentrum angeschlossen.From the JP 57 077 853 AA a solar collector with parallel channels is known, which is provided with an inlet and outlet on one side. The supply line is via the respective outer channel on both sides. After a reversal with distribution to a plurality of parallel channels in the respective collector half, the heat transfer medium flows back in countercurrent again. From all the channels in both collector halves, the flow is brought together in a single, centrally located discharge. Thus, the supply line, namely the two outer channels, is connected in series with the channels in the center.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, den Wirkungsgrad eines Sonnenkollektors insbesondere über die Durchströmung zu optimieren.Of the Invention is based on the object, the efficiency of a solar collector especially about the flow to optimize.

Erfindungsgemäß wurde dies mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.According to the invention was this is solved with the features of claim 1. Advantageous developments are the dependent claims refer to.

Der Sonnenkollektor ist dadurch gekennzeichnet, dass mindestens die beiden im Randbereich der Absorberfläche verlaufenden Kanäle direkt an die Sammelleitungen angeschlossen sind und dass die übrigen Kanäle im mittleren Bereich der Absorberfläche in einen Sammelkanal münden und/oder von einem Sammelkanal ausgehen, welcher mit den Sammelleitungen für die Zu- und Ableitung eines Wärmeträgermediums in Verbindung steht.Of the Solar collector is characterized in that at least the both channels running in the edge region of the absorber surface directly the manifolds are connected and that the remaining channels in the middle Area of the absorber surface lead into a collection channel and / or emanating from a collecting duct, which with the manifolds for the Inlet and outlet of a heat transfer medium communicates.

Auf der Abströmseite des Sonnenkollektors mündet der Sammelkanal für das Wärmeträgermedium aus den mittleren Kanälen stromabwärts nach dem letzten im Randbereich der Absorberfläche verlaufenden Kanal in die Sammelleitung für die Ableitung des Wärmeträgermediums ein. Kommt ergänzend oder alternativ dazu ein Sammelkanal auf der Zuströmseite des Sonnenkollektors als Verteiler für das Wärmeträgermedium in die mittleren Kanäle zum Einsatz, so zweigt dieser aus der Sammelleitung für die Zuleitung des Wärmeträgermediums ab, und die beiden im Randbereich der Absorberfläche verlaufenden Kanäle sind direkt an die Sammelleitung angeschlossen.On the downstream side of the solar collector opens the collecting channel for the heat transfer medium from the middle channels downstream after the last running in the edge region of the absorber surface channel in the Manifold for the derivative of the heat transfer medium one. Comes complementary or alternatively a collecting channel on the upstream side of Solar panel as a distributor for the Heat transfer medium in the middle channels For use, it branches off the manifold for the supply line the heat transfer medium from, and the two running in the edge region of the absorber surface channels are directly connected to the manifold.

Ziel der Erfindung ist es, dass mindestens in den beiden im Randbereich der Absorberfläche verlaufenden Kanälen ein höherer Volumenstrom als in den übrigen Kanälen im mittleren Bereich der Absorberfläche vorliegt. Dadurch lässt sich die mittlere Temperatur im Randbereich des Sonnenkollektors um etwa 8 bis 10 Kelvin reduzieren. Ergänzend zur erfindungsgemäßen Strömungsführung ist es vorteilhaft, wenn mindestens die beiden in den Randbereichen der Absorberfläche verlaufenden Kanäle einen größeren Querschnitt und/oder einen geringeren Strömungswiderstand als die übrigen Kanäle im mittleren Bereich der Absorberfläche besitzen.The aim of the invention is that at least in the two extending in the edge region of the absorber surface channels present a higher volume flow than in the remaining channels in the central region of the absorber surface. As a result, the average temperature in the edge region of the solar collector can be reduced by about 8 to 10 Kelvin. In addition to the flow guide according to the invention, it is advantageous if at least the two in the edge preparation Chen the absorber surface extending channels have a larger cross-section and / or a lower flow resistance than the other channels in the central region of the absorber surface.

Daher wird zur Einstellung des Strömungswiderstandes der Durchlassquerschnitt in den Übergängen zwischen den einzelnen Kanälen und den Sammelleitungen und/oder zwischen den einzelnen Kanälen und dem Sammelkanal und/oder zwischen dem Sammelkanal und den Sammelleitungen über eine kurze Strecke verengt. Weiterhin kann zur Einstellung des Strömungswiderstandes eine Prägung im Bereich der Übergänge zwischen den Sammelleitungen und/oder den einzelnen Kanälen und/oder dem Sammelkanal angebracht sein. Außerdem können zur Einstellung des Strömungswiderstandes aufeinander abgestimmte Blenden an den Übergängen zwischen den Sammelleitungen und/oder den einzelnen Kanälen und/oder dem Sammelkanal angeordnet werden.Therefore is used to adjust the flow resistance the passage cross section in the transitions between the individual channels and the manifolds and / or between each channel and the collection channel and / or between the collection channel and the manifolds via a narrowed short distance. Furthermore, for adjusting the flow resistance an imprint in the Range of transitions between the manifolds and / or the individual channels and / or the collection channel to be appropriate. Furthermore can for adjusting the flow resistance Coordinated shutters at the transitions between the manifolds and / or the individual channels and / or the collecting channel are arranged.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen und Gestaltungen wird bei einem Sonnenkollektor der Wirkungsgrad auf einfache Art und Weise optimiert. Gleichzeitig verbessert sich die Robustheit durch die geringere thermische Materialbeanspruchung. Das Prinzip ist sowohl bei Sonnenkollektoren mit einer Rohrharfe als auch bei Sonnenkollektoren mit Flächenabsorbern, d. h. mit flachen, großflächigen Kanälen, anwendbar. Es stellt sich eine homogene Durchströmung ein. Wird ein Sammelkanal auf der Abströmseite eingesetzt, so werden nicht nur niedrigere Temperaturen in den Randbereichen, sondern auch im Kopfbereich des Sonnenkollektors erreicht.By the measures according to the invention and Designs is the efficiency of a solar panel optimized simple way. At the same time, it improves Robustness due to the lower thermal material stress. The principle is both with solar panels with a pipe harp as well as solar panels with surface absorbers, d. H. with flat, large-area channels, applicable. It sets a homogeneous flow. Becomes a collection channel on the downstream side used, not only are lower temperatures in the marginal areas, but also reached in the head area of the solar collector.

Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dar und zeigt in einer einzigen Figur den schematischen Aufbau eines Sonnenkollektors.The Drawing represents an embodiment of Invention represents and shows in a single figure the schematic Construction of a solar collector.

Der Sonnenkollektor besitzt mehrere parallel verlaufende Kanäle 1 in der Absorberfläche, welche mit Sammelleitungen 2, 3 für die Zu- und Ableitung eines Wärmeträgermediums im gegenüberliegenden, unteren und oberen Bereich der Absorberfläche verbunden sind. Dabei sind die beiden im Randbereich der Absorberfläche verlaufenden Kanäle 1', 1'' direkt an die Sammelleitungen 2, 3 angeschlossen. Die übrigen Kanäle 1 im mittleren Bereich der Absorberfläche münden zuerst in einen Sammelkanal 4, welcher mit der Sammelleitung 3 für die Ableitung des Wärmeträgermediums in Verbindung steht.The solar collector has several parallel channels 1 in the absorber surface, which with manifolds 2 . 3 are connected for the supply and discharge of a heat transfer medium in the opposite, lower and upper region of the absorber surface. Here are the two running in the edge region of the absorber surface channels 1' . 1'' directly to the manifolds 2 . 3 connected. The remaining channels 1 in the central area of the absorber surface first open into a collecting channel 4 , which with the manifold 3 for the derivation of the heat transfer medium is in communication.

Der abströmseitige Sammelkanal 4 mündet in Strömungsrichtung nach dem letzten im Randbereich der Absorberfläche verlaufenden Kanal 1'' in die Sammelleitung 3 für die Ableitung des Wärmeträgermediums ein. Dadurch ist sichergestellt, dass zunächst das etwas kühlere Wärmeträgermedium aus den beiden im Randbereich der Absorberfläche verlaufenden Kanälen 1', 1'' in die Sammelleitung 3 gelangt.The downstream collection channel 4 opens in the flow direction after the last running in the edge region of the absorber surface channel 1'' in the manifold 3 for the derivation of the heat transfer medium. This ensures that initially the somewhat cooler heat transfer medium from the two running in the edge region of the absorber surface channels 1' . 1'' in the manifold 3 arrives.

Claims (8)

Sonnenkollektor mit parallel verlaufenden Kanälen in der Absorberfläche, welche mit Sammelleitungen für die Zu- und Ableitung eines Wärmeträgermediums im gegenüberliegenden, unteren und oberen Bereich der Absorberfläche verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens die beiden im Randbereich der Absorberfläche verlaufenden Kanäle (1', 1'') direkt an die Sammelleitungen (2, 3) angeschlossen sind und eine Direktströmung zwischen den Sammelleitungen (2, 3) zulassen, dass die übrigen Kanäle (1) im mittleren Bereich der Absorberfläche anströmseitig jeweils direkt an die Sammelleitung (2) angeschlossen sind und abströmseitig in einem gemeinsamen Sammelkanal (4) münden oder dass die übrigen Kanäle (1) im mittleren Bereich der Absorberfläche anströmseitig von einem gemeinsamen Sammelkanal (4) ausgehen und abströmseitig jeweils einzeln direkt an die Sammelleitung (3) angeschlossen sind, wobei der Sammelkanal (4) mit den Sammelleitungen (2, 3) in Verbindung steht.Solar collector with parallel channels in the absorber surface, which are connected to manifolds for the supply and discharge of a heat transfer medium in the opposite, lower and upper region of the absorber surface, characterized in that at least the two extending in the edge region of the absorber surface channels ( 1' . 1'' ) directly to the manifolds ( 2 . 3 ) and a direct flow between the manifolds ( 2 . 3 ) allow the remaining channels ( 1 ) in the central region of the absorber surface on the inflow side directly to the manifold ( 2 ) are connected and downstream in a common collection channel ( 4 ) or that the remaining channels ( 1 ) in the central region of the absorber surface upstream of a common collecting channel ( 4 ) and downstream each individually directly to the manifold ( 3 ) are connected, wherein the collecting channel ( 4 ) with the manifolds ( 2 . 3 ). Sonnenkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein abströmseitiger Sammelkanal (4) stromabwärts nach dem letzten im Randbereich der Absorberfläche verlaufenden Kanal (1'') in die Sammelleitung (3) für die Ableitung des Wärmeträgermediums einmündet.Solar collector according to claim 1, characterized in that a downstream collecting channel ( 4 ) downstream of the last channel running in the edge region of the absorber surface ( 1'' ) to the collecting 3 ) opens for the derivation of the heat transfer medium. Sonnenkollektor nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein zuströmseitiger Sammelkanal für die Kanäle (1) im mittleren Bereich der Absorberfläche aus der Sammelleitung (2) für die Zuleitung des Wärmeträgermediums abzweigt.Solar collector according to claims 1 or 2, characterized in that an inflow-side collecting channel for the channels ( 1 ) in the central region of the absorber surface from the manifold ( 2 ) branches off for the supply of heat transfer medium. Sonnenkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens in den beiden im Randbereich der Absorberfläche verlaufenden Kanälen (1', 1'') ein höherer Volumenstrom als in den übrigen Kanälen (1) im mittleren Bereich der Absorberfläche vorliegt.Solar collector according to one of claims 1 to 3, characterized in that at least in the two extending in the edge region of the absorber surface channels ( 1' . 1'' ) a higher volume flow than in the other channels ( 1 ) is present in the central region of the absorber surface. Sonnenkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens die beiden im Randbereich der Absorberfläche verlaufenden Kanäle (1', 1'') einen größeren Querschnitt und/oder einen geringeren Strömungswiderstand als die übrigen Kanäle (1) im mittleren Bereich der Absorberfläche aufweisen.Solar collector according to one of claims 1 to 4, characterized in that at least the two extending in the edge region of the absorber surface channels ( 1' . 1'' ) has a larger cross section and / or a lower flow resistance than the other channels ( 1 ) in the central region of the absorber surface. Sonnenkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einstellung des Strömungswiderstandes der Durchlassquerschnitt in den Übergängen zwischen den einzelnen Kanälen (1, 1', 1'') und den Sammelleitungen (2, 3) und/oder zwischen den einzelnen Kanälen (1) und dem Sammelkanal (4) und/oder zwischen dem Sammelkanal (4) und den Sammelleitungen (2, 3) über eine kurze Strecke verengt ist.Solar collector according to one of claims 1 to 5, characterized in that for adjusting the flow resistance of the passage cross cut in the transitions between each channel ( 1 . 1' . 1'' ) and the collecting lines ( 2 . 3 ) and / or between the individual channels ( 1 ) and the collecting channel ( 4 ) and / or between the collecting channel ( 4 ) and the collecting lines ( 2 . 3 ) is narrowed over a short distance. Sonnenkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einstellung des Strömungswiderstandes eine Prägung im Bereich der Übergänge zwischen den Sammelleitungen (2, 3) und/oder den einzelnen Kanälen (1, 1', 1'') und/oder dem Sammelkanal (4) angebracht ist.Solar collector according to one of claims 1 to 6, characterized in that for adjusting the flow resistance, an embossing in the region of the transitions between the manifolds ( 2 . 3 ) and / or the individual channels ( 1 . 1' . 1'' ) and / or the collecting channel ( 4 ) is attached. Sonnenkollektor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einstellung des Strömungswiderstandes aufeinander abgestimmte Blenden an den Übergängen zwischen den Sammelleitungen (2, 3) und/oder den einzelnen Kanälen (1, 1', 1'') und/oder dem Sammelkanal (4) angeordnet sind.Solar collector according to one of claims 1 to 7, characterized in that for adjusting the flow resistance matched diaphragms at the transitions between the manifolds ( 2 . 3 ) and / or the individual channels ( 1 . 1' . 1'' ) and / or the collecting channel ( 4 ) are arranged.
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